Di level internasional, ia bermain untuk Bulgaria U17. Posisi utamanya di lapangan adalah sebagai Bek. Estimasi nilai pasar terkininya berada di angka 75K €.

Transfer terbarunya membuat ia bergabung dengan Sampdoria U19 dari CSKA 1948 Sofia II melalui skema Gratis pada 2025-02-03. Nilai transfer yang dilaporkan adalah 0.1M €.

Selama Kejuaraan Eropa U19 2025-2026, Martin dimitrov tampil dalam 2 pertandingan dengan rata-rata 0 tekel, 0 intersepsi, 0 sapuan, dan 0 blok tembakan per laga.